Wprowadzenie do programowania obiektowego

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Od programowanie proceduralnego do obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejście obiektowe na prostym przykładzieProblemNapisać program wyświetlający na pustym ekranie tekstowym zadany znak (np. ‘*’),pozwalający na przesuwanie tego znaku przy użyciu klawiszy sterowania kursorem.X12345....123 45 . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 7980Y*.......2425Copyright © Roman Simiński Strona : 2

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Od programowanie proceduralnego do obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejście obiektowe na prostym przykładzieRealizacja proceduralna ― założenia wstępneProgramista ma do dyspozycji:Funkcję clearScreen, czyszczącą ekran tekstowy.Funkcję writeCharXY, wyświetlającą na ekranie znak na określonej pozycji.Funkcję getKey, której rezultatem jest kod klawisza, w tym tzw. klawiszy sterującychkursorem.Stałe określające kody klawiszy, wtym klawiszy sterujących kursorem (dla funkcjigetKey):KEY_UP, KEY_DOWN, KEY_LEFT, KEY_RIGHT, KEY_ESC.Copyright © Roman Simiński Strona : 4

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Od programowanie proceduralnego do obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejście obiektowe na prostym przykładzieRealizacja proceduralna ― wady techniczneBrak jawnego powiązania pomiędzy x, y i code. A przecież te zmienne opisują jedenobiekt.Brak jawnego powiązania pomiędzy fragmentem wyświetlającym (ukrywającym)punkt. Czy rzeczywiście funkcja writeCharXY dostała prawidłowe parametry?Siermiężne testowanie poprawności współrzędnych.Realizacja proceduralna ― wady metodyczneZ kodu programu nie wynika bezpośrednio, jakie jest jego przeznaczenie, brakpowiązań pomiędzy akcjami a danymi.Sam algorytm jest prosty, lecz jego zapis nie wspomaga zrozumienia, jaka jest istotaproblemu.Copyright © Roman Simiński Strona : 8

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Od programowanie proceduralnego do obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejdźmy do problemu inaczej — spróbujmy zrozumieć jego istotęZapraszamy na:Krótki wywiad z głównym bohateremprogramu!Copyright © Roman Simiński Strona : 9

Wtorek, 16 maja 2006Tajemnice życia Runnerów ujawnione ― prawie wszystkie intymne szczegóły, tylko w dodatku Fakty ITgazetac o d z i e n n a— Jeżeli mam się przesunąć o jedno pole do góry, potem o jedno w lewo i jeszcze razo jedno do góry, to piszesz:R.moveUp();R.moveLeft();R.moveUp();— Jeżeli chcesz, żebym przeszedł po kwadracie: pięć kroków w prawo, pięć w dół, pięćw lewo i pięć w górę, to napiszesz np.:int steps;R.x = 1; // Powiedz mi, skąd mam wystartowaćR.y = 1;R.show();for( steps = 5; steps > 0 ; steps-- )R.moveRight(); // Id ę w prawofor( steps = 5; steps > 0 ; steps-- )R.moveDown(); // Id ę w dółfor( steps = 5; steps > 0 ; steps-- )R.moveLeft(); // Id ę w lewofor( steps = 5; steps > 0 ; steps-- )R.moveUp(); // Id ę w gór ęStrona 4Wywiady

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejście obiektowe na prostym przykładzieRealizacja obiektowa ― najprostsza wersjaRunner R;R.x = 40; // Ustal pozycj ę i wygląd RunneraR.y = 12;R.code = '*';clearScreen();R.show();do{switch( key = getKey() ){case KEY_UP: R.moveUp();break;case KEY_DOWN : R.moveDown();break;case KEY_LEFT : R.moveLeft();break;case KEY_RIGHT : R.moveRight();break;}}while( key != KEY_ESC );Copyright © Roman Simiński Strona : 15

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejście obiektowe na prostym przykładzieAnatomia Runnera — polaRunner to nazwa klasy obiektów. Wszystkie obiekty klasy Runner będą posiadały tesame cechy i umiejętności.To, co obiekt wie o sobie i swoim otoczeniu pamiętane jest w jego polach. Polamiw klasie Runner są x i y — opisujące ekranową pozycję obiektu, oraz code —opisujące wygląd obiektu.class Runner{public :int x, y, code;Wszystkie elementy zadeklarowane w sekcjipublic są dostępne dla tych, którzy chcą używaćobiektu klasy Runner.void show();void hide();};void moveUp();void moveDown();void moveLeft();void moveRight();Copyright © Roman Simiński Strona : 16

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejście obiektowe na prostym przykładzieAnatomia Runnera — funkcje składoweDo obiektów można wysyłać komunikaty. Ich nazwy to odpowiednio:●●●●●●moveUp,moveDown,moveLeft,moveRight,show,hide.switch( key = getKey() ){case KEY_UP}: R.moveUp();break;case KEY_DOWN : R.moveDown();break;case KEY_LEFT : R.moveLeft();break;case KEY_RIGHT : R.moveRight();break;Copyright © Roman Simiński Strona : 17

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejście obiektowe na prostym przykładzieAnatomia Runnera — funkcje składoweObiekt odpowiada na komunikaty wywołując metody. Metody są implementowanepoprzez funkcje składowe, których prototypy są zadeklarowane w definicji klasy:class Runner{public :int x, y, code;void show();void hide();};void moveUp();void moveDown();void moveLeft();void moveRight();Copyright © Roman Simiński Strona : 18

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejście obiektowe na prostym przykładzieAnatomia Runnera — funkcje składoweWłaściwe definicje (zawierające konkretny kod) umieszczone są zwykle (choćniekoniecznie) poniżej definicji klasy Runner. Nazwa każdej metody jestkwalifikowana nazwą klasy.void Runner::show(){writeCharXY( x, y, code );}void Runner::hide(){writeCharXY( x, y, ' ' );}Copyright © Roman Simiński Strona : 19

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPodejście obiektowe na prostym przykładzieAnatomia Runnera — funkcje składowevoid Runner::moveUp(){hide();if( y > 1 )--y;show();}void Runner::moveDown(){hide();if( y < 24 )++y;show();}void Runner::moveLeft(){hide();if( x > 1 )--x;show();}void Runner::moveRight(){hide();if( x < 80 )++x;show();}Wewnątrz każdej funkcji składowej, dostępne są wszystkie pola obiektu i inne funkcjeskładowe.Copyright © Roman Simiński Strona : 20

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoPojęcie obiektuIstnieje wiele, różniących się od siebie definicji pojęcia obiekt. Tutaj przyjmiemynastępującą definicję:Obiekt jest abstrakcją pewnego konkretnego bytu ze świata rzeczywistego,reprezentujący rzecz (obiekt fizyczny), pojęcie (obiekt konceptualny) lub pewny bytprogramistyczny nie mający swojego odpowiednika w rzeczywistości.Pojęcie klasyIstnieje wiele, różniących się od siebie definicji pojęcia klasa. Tutaj przyjmiemynastępującą definicję:Klasa określa właściwości i możliwości każdego obiektu do niej należącego, definiujezatem to, jak obiekt jest zbudowany i co potrafi.W szczególności klasa zawiera specyfikację danych i metod, informację o typie ireprezentacji pól, implementację metod, informacje dotyczące relacji i powiązań zinnymi klasami.Copyright © Roman Simiński Strona : 21

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoTrzy podstawowe cechy obiektuTożsamość (ang. identity).Stan (ang. state).Działanie, zachowanie (ang. behavior).Copyright © Roman Simiński Strona : 22

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoTożsamośćTożsamość (ang. identity), pozwala na odróżnienie danego obiektu od każdegoinnego.Programista przypisuje obiektowi unikatową nazwę lub włącza go do identyfikowalnejkolekcji obiektów, lub odwołuje się do obiektu posługując się jego adresem w pamięci.Copyright © Roman Simiński Strona : 23

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoStanStan (ang. state), opisuje to co obiekt w danym momencie powinien wiedzieć abysprawnie działać.Stan obiektu w danym momencie opisany jest zestawem atrybutów i ich wartości.Atrybuty są nazwami wewnętrznych danych obiektu, opisujących jego stan.Atrybuty zwane są polami (ang. fields) lub składowymi danych.Wartości atrybutów mogą się zmieniać w czasie wykonania programu.Copyright © Roman Simiński Strona : 24

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoZdolność do działaniaZdolność do działania (ang. behavior) opisuje operacje, które obiekt może wykonać.Operacje są realizowane poprzez wykonanie metod (ang. methods) zwanych w C++funkcjami składowymi (ang. member functions).Metody są jak procedury lub funkcje w programowaniu proceduralnym — mogąotrzymywać parametry, mogą zwracać wartości.Metody są jednak częścią obiektu i mogą być aktywowane wtedy, gdy obiekt zostanieo to poproszony.Wykonanie metod zwykle zmienia stan obiektu a więc wartości jego pól.Copyright © Roman Simiński Strona : 25

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoNajważniejsze cechy podejścia obiektowegoAbstrakcja (ang. abstraction).Hermetyzacja (ang. encapsulation).Dziedziczenie (ang. inheritance).Polimorfizm (ang. polymorphism)Copyright © Roman Simiński Strona : 26

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoAbstrakcjaPodejście obiektowe eksponuje rolę obiektu – jest on abstrakcją pewnegokonkretnego bytu ze świata rzeczywistego, reprezentującego rzecz (obiekt fizyczny)lub pojęcie (obiekt konceptualny).Abstrakcja pozwala postrzegać modelowaną rzeczywistość bez wnikania w jejwewnętrzną strukturę.Elementy, które w danym momencie są nieistotne mogą zostać ukryte lub nawetpominięte.Obiekty rzeczywisteAbstrakcyjnymodel analitycznyCopyright © Roman Simiński Strona : 27

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoAbstrakcja, cd. ...CechyAkcjeMarkaModelRok produkcjiNr rejestracyjnyKolor nadwoziaNr silnika. . .Podaj średnie spalaniePodaj przebieg. . .ReprezentacjaobiektowaObiekty rzeczywisteAbstrakcyjnymodelanalitycznyCopyright © Roman Simiński Strona : 28

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoAbstrakcja, cd. ...Obiekt jest jest dostawcą pewnych informacji oraz usług.Nie musimy wiedzieć jak obiekt coś robi ale co robi.Nie musimy wiedzieć jak obiekt coś przechowuje ale co przechowuje.class Runner{public :. . .void show();void hide();};void moveUp();void moveDown();void moveLeft();void moveRight();Copyright © Roman Simiński Strona : 29

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoHermetyzacjaHermetyzacja pozwala obiektom kontrolować poprawność swojej reprezentacjizewnętrznej.Osiąga się to poprzez ukrycie (ang. information hiding) pól obiektu przedużytkownikiem zewnętrznym.Zastosowanie hermetyzacji wymusza udostępnianie użytkownikowi publicznegointerfejsu składającego się metod, które mają publiczny modyfikator widoczności.Ukryte części obiektu są niedostępne na zewnątrz i mogą być tylko wykorzystaneprzez metody dostępowe.SkładowepubliczneSkładoweprywatneBigArrayaddItemgetItemfindItemsort. . .UkrytareprezentacjafizycznaCopyright © Roman Simiński Strona : 30

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoHermetyzacja,cd. ...Klasa powinna ukrywać przed jej użytkownikiem szczegóły implementacyjne.Zmiana implementacji powinna być dla użytkownika klasy przeźroczysta.Zasada hermetyzacji postuluje ukrywanie nie tylko szczegółów realizacyjnych, alerównież pól i sposobów ich reprezentacji.Szczegóły widoczneSzczegóły ukryteRunner R;R.x = 40;R.y = 12;R.code = '*';. . .cout

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoHermetyzacja, cd. ...class Runner{public :int x, y, code;};void show();void hide();void moveUp();void moveDown();void moveLeft();void moveRight();class Runner{public :void setX( int newX );void setY( int newY );void setCode( int newCode );int getX();int getY();int getCode();void show();void hide();void moveUp();void moveDown();void moveLeft();void moveRight();private:int x, y, code;};Copyright © Roman Simiński Strona : 32

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoHermetyzacja, cd. ...Hermetyzacja pól pozwala na kontrolowanie poprawności danych przekazywanychobiektowi.Runner R;R.x = -400;R.y = 1200;Błędna pozycja ekranowa, bezpośredni dostępdo pól obiektuR.code = '*';. . .R.show();?Copyright © Roman Simiński Strona : 33

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoHermetyzacja, cd. ...Runner R;R.setX( -400 );R.setY( 1200 );Błędna pozycja ekranowa, dostęp do pólobiektu za pośrednictwem metodR.setCode( '*' );. . .R.show();void Runner::setX( int newX ){if( isXOnSreen( newX ) )x = newX;elsex = 1; // Wartość domyślna}void Runner::setY( int newY ){if( isYOnSreen( newY ) )y = newY;elsey = 1; // Wartość domyślna}Copyright © Roman Simiński Strona : 34

Podstawy i języki programowaniaJęzyk C++Wprowadzenie do programowania obiektowegoPodstawy programowania obiektowegoNa zakończenie ...Osobny wykładDziedziczenie (ang. inheritance).Polimorfizm (ang. polymorphism)Osobny wykładCopyright © Roman Simiński Strona : 35